普通机床的数控化改造
普车数控化改造
第一章前言1.1问题提出随着科学技术的迅猛发展，数控机床已经成为衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志。
采用经济型数控系统对普通机床进行数控化改造，尤其适合我国普通机床拥有量大，生产规模小的具体国情。
机电一体化技术涉及机械、电子、以及控制等多门学科，是现代工业最主要的基础技术和核心技术之一，是衡量一个国家机械装备发展水平的重要标志。
本次设计是对CA6132普通车床的数控化改造。
在国内，盛行普通车床改造成数控车床，此设计就是针对着这以目的而设计的，这就降低了生产成本，缩短了工业化的进程，同时为广大的生产厂家所接受。
购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,但是成本太高，很多工厂在短时间内都无法有那么多的资金，这严重阻碍企业的设备更新和设备改造的步伐；同时目前大多数企业还有数量众多，而且还具有较长使用寿命的普通机床，由于普通机床加工精度相对较低、不能批量生产，生产的自动化程度不高，生产自适应性差，但考虑投资成本，产业的连续性和转型周期，又不能马上淘汰。
而改造现有旧机床、配备与之相适应的数控系统，把普通机床改装成数控机床，是当前许多企业对现有设备改造换代的首选办法，也是提高机床数控化率的一条有效途径，不失为一条投资少、提升产品加工精度及质量，提高生产效率的捷径，使企业提升竞争力。
1.1.1国内外数控系统发展概况由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，机床作为机械制造业的重要础装备，它的发展一直引起人们的关注，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。
目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。
在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
普通车床的数控化改造设计设计
课程设计说明书设计题目：普通车床的数控化改造设计指导老师：设计：班级：学号：时间：一、概述普通车床是金属切削加工中最常见的一类机床，当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向移动和横向移动，车床能加工出内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹面等。
借助成形刀具，车床还能加工各种成形回转表面。
普通车床刀架纵向、横向的进给运动由主轴的回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杠带动溜板箱、纵溜板移动。
进给参数要靠手工预先调整好，如果改变参数，则要停车进行操作。
刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动。
对普通车床进行数控改造，主要是将纵向和横向进给系统改造为CNC装置控制的，能独立运动的进给伺服系统，将刀架改造成为能自动换刀的回转刀架，这样利用CNC装置，车床就可以按顺序进行切削加工。
由于切削参数、切削次序和刀具选择都可以由程序控制和调整，再加上纵向进给和横向进给联动的功能，数控化改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动切削，从而提高生产效率和加工精度，还能适应小批量、多品种负责零件的加工二、总体方案设计总体方案设计应考虑机床数控系统的运动方式、伺服系统的类型计算机以及传动方式的选择等。
1.数控系统的选择。
普通车床数控化改造后应具有定位、快速进给、直线查补、圆弧查补、暂停、循环加工和螺纹加工等功能，因此，普通车床数控化改造所选用的数控系统应为连续控制系统。
目前，市场上适用于普通车床数控化改造的数控系统较多，如西门子公司的SIEMENS802S型系统、华中数控公司的“世纪星”21/22型系统、广州数控公司的980T型系统等。
2.伺服系统的选择。
普通车床数控化改造后一般为经济型数控机床。
在保证具有一定加工精度的前提下，从改造的成本考虑，应简化结构，降低成本。
因此，进给伺服系统采用一步进电动机为驱动装置的开环系统为宜。
当然，也可以采用以伺服电动机为驱动装置的半闭环系统。
这主要取决于加工精度的要求。
普通铣床数控化改造设计
普通铣床数控化改造设计随着现代制造技术的发展，数控机床已经成为现代制造业中不可或缺的一部分。
普通机床通过进行数控化改造，可以大大提高机床的生产效率和生产质量，同时也可以节约生产成本，提高企业的竞争力。
本文将介绍普通铣床数控化改造的设计方案。
一、数控化改造的必要性普通铣床具有结构简单、成本低的特点，但是由于其操作人员需要进行繁琐的手动调节和操作，使得生产效率低下，并且生产过程容易出现误差，影响了产品的质量。
而通过进行数控化改造，可以将机床操作变为全自动化、智能化的过程，提高生产效率、减少生产成本、提高生产质量。
二、数控化改造方案1. 基础设施改造为了使普通铣床能够进行数控化改造，需要进行一些基础设施的改造。
首先需要对机床进行检查和维护，保证机床的各项性能稳定而可靠。
还需要更换一些传统机械设备，例如步进电机控制器、主轴马达等，以便与数控系统兼容。
2. 数控系统升级普通铣床数控化改造的核心是将其搭载上数控系统，此时该机床将变身为数控铣床。
数控系统包括软件和硬件两个部分。
在硬件方面，需要更换一些关键配件，例如控制器、转换器、数据采集卡等。
而在软件方面，需要安装数控程序，司机、可编程逻辑控制器（PLC）等。
3. 人机界面改造人机界面是指人员与机床进行交互操作的一种方式。
在数控化改造的过程中，必须更新和升级人机界面，设计一种更加符合人工智能化特点的操作系统。
这种新的人机界面一方面需要方便操作，另外一方面也要考虑到用户体验的舒适性。
三、数控化改造后的效果通过对普通铣床的数控化改造，可以大大提高机床的生产效率和生产质量。
一方面，由于取消了传统的人工调整和操作环节，使得生产效率得到了极大的提高。
另一方面，由于数控系统具有高度准确度和稳定性，生产过程中误差较少，从而提高了产品的质量。
同时，通过数控化改造，企业还可以获得以下优势：降低人员培训成本，减少错误发生的几率，提高内部交流和生产计划的灵活性。
这些优势都可以为企业的生产和发展带来实质性的帮助。
普通机床的数控改造
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１ 数控机床 的概念及其发展历程
数字控制机床是指用数字代码形式的信息， 控制 刀具按给定的工作程序 、 运动速度和轨迹进行 自 动加
接安装在机床上； 数控机床的 自动化程度进一步提 高， 具有 自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。
２ 普通机床 的数控化改造的意义及 其必要性
普通车床数控化改造
4．螺纹编码器的安装方案
螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或 圆光栅。数控车床加工螺纹时，需 要配置主轴脉冲发生器，作为车床 主轴位置信号的反馈元件，它与车 床主轴同步转动。
1、同轴安装 同轴安装是指将编码器直接安装在主
轴后端，与主轴同轴，这种方式结构简单， 但它堵住了主轴的通孔。 2、异轴安装
异轴安装是指将编码器安装在床头箱
二、总体方案的确定
总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、 进给伺服系统的类型、数控系统的选择，以 及进给传动方式和执行机构的选择等。
（1）普通车床数控化改造后应具有单坐标 定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹 插补的功能。因此，数控系统应设计成连续 控制型。
（2）根据系统的功能要求，需要扩展 程序存储器、数据存储器、键盘与显示 电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串 行接口电路等；还要选择电动机的驱动 电源以及主轴电动机的交流变频器等。 （3）为了达到技术指标中的速度和精 度要求，纵、横向的进给传动应选用摩 擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副； 为了消除传动间隙提高传动刚度，滚珠 丝杠的螺母应有预紧机构等。
（4）拆除四方刀架与上溜板总成，在横溜 板上方安装四工位立式电动刀架。 （5）拆除横溜板下的滑动丝杆螺母副，将 滑动丝杆靠刻度盘一段锯断保留，拆掉刻度 盘上的手柄，保留刻度盘附近的两个推力轴 承，换上滚珠丝杠副。 （6）将横向进给伺服电机通过法兰座安装 到横溜板后部的纵溜板上，并与滚珠丝杠的 轴头相联。 （7）拆去三杆（丝杆、光杆与操纵杆）， 更换丝杆的右支承。
2．安装电动卡盘
为了提高加工效率，工件的夹紧 与松开采用电动卡盘，选用呼和 浩特机床附件总厂生产的 KD11250型电动三爪自定心卡 盘。卡盘的夹紧与松开由数控系 统发信控制。
普车改数车的方法
CA6140普通车床改数控车床方法1.1.3普通车床改数控车床的内容普通车床改数控车床的主要内容和主要结构形式如下：1、进给轴的改造普通车床的X轴和Z轴均由同一电机驱动，走刀运动经走刀箱传动丝杠及溜板箱，获得不同的工件螺距即Z轴运动；走刀运动经走刀箱传动光杆及溜板箱，获得不同的进刀量即X轴运动。
普通车床数控化改造时一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用进给伺服（或步进）传动链分别代替，具体体现为：Z轴：纵向电机→减速箱（或联轴器）→纵向滚珠丝杠→大拖板，纵向按数控指令获得不同的走刀量和螺距。
X轴：横向电机→减速箱（或联轴器）→横向滚珠丝杠→横滑板，横向按数控指令获得不同的走刀量。
改造后整个传动链的传动精度在保证机床刚性的前提下，与滚珠丝杠副的选择和布置结构形式、机床导轨的精度情况等有很大的关系。
(1) 滚珠丝杠副的选择和布置结构形式普通车床大多采用的是T型丝杠等滑动丝杠副，与滚珠丝杠副相比摩擦阻力大、传动效率低，不能适应于高速运动。
另外由于磨损快，造成其精度保持性和寿命低等等，在进行普通机床数控化改造时往往都将其更换为滚珠丝杠副。
滚珠丝杠副有以下一些特点：摩擦损失小，传动效率高，可达0.90～0.96；若使用的丝杠螺母预紧后，可以完全消除间隙，提高传动刚度；摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；磨损小、寿命长、精度保持性好。
但应注意，由于滚珠丝杠副不能自锁，有可逆性，即能将旋转运动转换为直线运动，或将直线运动转换为旋转运动，因此丝杠立式和倾斜使用时，应增加制动装置或平衡装置。
滚珠丝杠副根据其滚珠的回转方式可以分为外循环和内循环两种，根据螺母的结构形式又可以分为双螺母和单螺母。
在进行改造时应根据具体情况和结构形式来定，由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边，所以很容易损坏而出现卡死现象，而内循环式的回珠器在螺母副内部，不存在卡死和脱落现象。
由于双螺母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便，而且其传动刚性比单螺母也好，所以只要结构和机床空间满足要求，在普通机床数控化改造中多选内循环式双螺母结构。
怎样把普通车床改造为数控车床
怎样把普通车床改造为数控车床
数控机床主要由传统的数控系统，加上伺服、位置反馈系统组成，普通机床改造的目的是利用数控系统控制机床自动完成机械加工任务，提高机床的生产效率和加工精度。
在改造中需要解决的问题是把机床的手动进给和机床的换刀，改造成由伺服驱动控制的进给和数控系统PLC控制的刀架自动换位。
本文以CA6140型普通机床为例，介绍普通机床的数控化改造步骤和方法。
改造的总体思路为通过数控系统对输入的零件加工程序进行运算处理，然后通过输入／输出接口控制步进驱动模块，由驱动模块发出步进脉冲驱动步进电机，经同步齿形传动带（简称同步带）使滚珠丝杠转动，从而带动刀架实现纵向和横向的进给。
螺纹的车削由编码器控制，电动刀架的换刀由数控系统内部的PLC控制。
改造步骤如下：
1.选择数控系统由于伺服电机驱动器及电机的价格比较高，故选用“广数”的DY3三相混合式步进电机驱动器及步进电机。
并且该系统的编程格式与FANUC系统很接近，GSK980TA系统还可以控制步进电机，所以是最合适的。
2.Z向进给系统（纵向进给）纵向进给由Z向进给电机经同步传动带使滚。
C6132普通车床数控化改造
摘要数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能有效提高产品的加工数量与生产质量，大幅度提高生产效率。
但从目前看来，数控机床价格昂贵，很多企业难以一次性投资大量购买，于是，普通机床的数控化改造成为了研究热点。
本文对C6132普通车床数控化改造进行了深入研究，包括对机床改造进行可行性分析、对机床关键部件参数的计算、对机床结构的设计、对机床改造方案优化选择、选择合适的机床伺服系统和计算机系统，以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述。
关键词: C6132普通车床; 数控化改造; 步进电机; 经济型数控系统ABSTRACTCNC machine tool as a typical mechatronic products, play an important role in the mechanical manufacturing industry, a good solution to the problem of machining complex structure of modern machinery manufacturing, precision, small batch, changeable parts, and can effectively improve the processing quantity and the quality of the products, the production efficiency is greatly improved. But from look at present, NC machine tools is expensive, many enterprises to buy large one-time investment, therefore, CNC transformation of general machine tools has become a research focus.This paper makes a deep research on the numerical control transformation of C6132 common lathe, including feasibility analysis, calculation, the key part of the machine parameters design, the machine structure of machine tool transformation scheme optimization selection, machine tool servo system and computer system for machine tools, and should pay attention to in the transformation of matters such as discussed in detail. Keyw ord s:Lathe C6132; Numerical control transformation; Stepping motors; CNC system目录摘要 (I)ABSTRACT ......................................................................................................................... I I 1 绪论 .. (1)1.1数控技术与数控机床 (1)1.2机床数控化改造的兴起及意义 (1)1.2.1 国外机床改造业的兴起 (1)1.2.2 我国机床数控化改造的意义 (2)1.3本文所研究的主要内容 (3)1.4本章小结 (4)2 车床总体改造方案设计 (5)2.1总体方案设计 (5)2.2主传动系统的改造 (5)2.2.1 主轴无级变速的实现 (5)2.2.2 主轴脉冲编码器的安装 (7)2.3横向进给传动系统的改造 (8)2.3.1 横向传动系统的改造 (8)2.3.2齿轮传动间隙的消除 (8)2.4导轨的改造 (9)2.5刀架部分的改造 (10)2.6数控系统的类型及选择 (13)2.6.1 数控系统的分类 (13)2.6.2 数控系统的选择 (15)2.7计算机系统的选择 (15)2.8本章小结 (16)3 C6132 车床数控化改造机械部分改造设计与计算 (17)3.1纵向进给系统的设计计算 (17)3.1.1切削力计算 (17)3.1.2 滚珠丝杠设计计算 (18)3.1.3 同步带减速箱设计 (20)3.1.4步进电动机的选择 (23)3.2横向进给系统的计算 (25)3.3车床改造的机械结构特点 (26)3.3.1纵向滚珠丝杠 (26)3.3.2横向滚珠丝杠 (26)3.3.3 滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型 (27)3.3.4导轨副 (27)3.3.5主轴脉冲发生器 (27)3.3.6 安装电动卡盘 (28)3.4安装 (28)3.5本章小结 (29)4 电气控制部分设计 (29)4.1硬件电路设计 (29)4.2单片机数控系统硬件电路设计内容 (30)4.3MCS--51系列单片机简介 (33)4.4存储器扩展电路设计 (34)4.4.1 地址锁存器选用 (34)4.4.2 外部程序存储器选择 (34)4.4.3 内部程序存储器选择 (34)4.4.4 外部I/O接口电路的扩展 (34)4.4.5 键盘接口电路的设计 (35)4.5译码电路设计 (36)4.6其他辅助电路设计 (37)4.7步进电机的控制 (37)4.7.1 步进电机的工作原理 (37)4.7.2 步进电机的控制 (38)4.7.3 步进电机接口及驱动电路 (39)4.8C6132普通车床微机数控化改装硬件设计说明 (40)4.9控制软件设计 (40)4.9.1 总体方案设计 (41)4.9.2 环形分配器软件设计 (41)4.9.3 逐点比较法的直线插补软件设计 (42)4.9.4 逐点比较法的圆弧插补软件设计 (43)4.9.5 步进电机自动升降速控制 (43)4.10本章小结 (48)结论 (49)致谢 (51)参考文献 (52)1 绪论1.1 数控技术与数控机床数控技术，简称数控(Num eri cal C orlt ro l——NC)，是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。
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普通机床的数控化改造
摘要：我国机床数控化程度不高，很多企业尤其是一些小型企业多使用普通机床。
普通机床品种少、成本高、供货期长、工人劳动量大，从现代化企业装备上来看，缺乏竞争力，这直接影响着一个企业的持续发展。
因此，有必要开展普通机床的数控化改造研究，以数控化机床替代普通机床，实现企业的长久发展。
本文以c6140车床的数控改造为例，介绍了机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，性能的选择以及改造方案的确定。
关键字：数控改造；机械设计；软件设计；硬件设计
0 引言
近年来，各行业对机械加工产品要求越来越高，在这一趋势下，数控机床以高精度、高效率和低劳动强度等诸多优点，称为如今制造业的主流选择设备。
在如今高速发展的市场经济下，可以毫不夸张的说，企业机床数控化程度的高低直接影响着企业的生存与否。
那些仍然使用大量普通机床的企业，面临着巨大的挑战。
它们的主要问题在于两点，一方面大量普通机床闲置浪费，另一方面没有足够的资金购买先进的数控机床。
因此，在减低成本的情况下，进行普通机床的数控改造成为最经济、最现实的办法。
如今，机床的改造，特别是把普通机床改造成经济型数控机床，已经成为了我国广大企业设备投资的重要组成部分。
1 总体方案设计
在数控改造中，从经济性角度出发，在满足功能的前提下，应该
尽可能减少对原有机床的机械改动。
结合c6140车床有关资料以及数控车床的改造经验，确定总体方案为：采用微机对数据进行处理，由i/o接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。
如图1所示。
2 主体机械改造
c6140型普通车床的主传动系统和进给系统都由主轴电机控制，而改造后的车床要把两者分离，即将主传动系统和进给系统的运动分离。
分离后，主传动和进给系统的动力分别来自各自的步进电机。
为了将两者的运动联系起来，须在主轴上安装一个脉冲发生器。
为了提高精度和效率，用滚珠丝杠来代替原机床的光杠。
在机械实现上拆去进给箱、溜板箱、纵向小拖板，并将横向拖板的丝杠换成滚珠丝杠，丝杠由步进电机来控制。
3 刀架改造
c6140普通车床采用手动换刀，换刀时间长，定位不准，不利于高效生产。
数控机床提高效率的重要一点就体现在缩短非切削时间上。
因此，还要对c6140普通车床原有刀架进行自动化刀架改造，用以满足更高的车床性能和精度的要求。
刀架改造后，由控制系统直接控制，刀架能自动完成抬起、回转、选位、下降、定位和压紧一系列动作，主体机械机构如图2所示，它能够在步进电机的控制下实现，刀架抬起、刀架转位、刀架定位、夹紧刀架等动作。
4主轴脉冲发生器设计
c6140普通车床的主传动系统的精度可以达到数控要求，所以在
改造时，保留原有的主传动系统。
但为了在车螺纹时保证主运动与进给运动的联系，需要另外加设一个脉冲发生器，脉冲用以控制主轴系统和进给系统的配合动作，从而完成车削螺纹的动作，使得主轴转一转，车刀进给一个螺距，车螺纹控制电路如图3所示。
5 传动装置设计
数控机床的传动装置是指将电动机的旋转运动变为工作台的直
线运动的整个机械传动链及其附属机构。
包括齿轮减速器、丝杠螺母副、导轨、工作台等。
数控机床传动的设计要求除了具有较高的定位精度外，还应具有良好的动态响应特性，即系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。
在设计中，主要采取如下措施：
1）采用低摩擦的传动，如采用滚动丝杠以减少摩擦力；
2）选用最佳的降速比，以达到提高机床分辨率；
3）缩短传动链以及预紧的办法提高传动系统的刚度；
4）尽量消除传动间隙，减少反向死区误差。
6 数控系统硬件电路设计
硬件设计是软件实现的基础，硬件设计的好坏影响着整个系统的工作性能。
有了硬件，软件才能有效地运行机床数控系统，在c6140普通车床改造中，硬件设计主要包括四部分：
1）中央处理单元cpu；
2）总线。
包括数据总线（db）、地址总线（ab）和控制总线（cb）；3）存贮器。
包括只读可编程存贮器和随机读写存贮器；
4）i/o输入/输出接口电路。
其中cpu是数控系统的核心，作用是进行数据处理和控制各部分电路协调工作；总线联通cpu与存贮器，是数据传送的桥梁；存贮器用于存放各种系统软件，实现程序调用。
i/o接口是系统与外界进行信息交换的桥梁，实现人机交互功能。
7 结论
随着机械行业和微电子行业的发展，我国数控机床的发展有了很大进步。
普通机床在数控化改造后，能够大大降低加工成本，减少工人劳动量，在实际中得到了广泛应用。
全功能的数控系统虽然功能丰富，但成本高，中小型企业很难配备，但对原有普通机床进行数控化改造，成本低、见效快，是提高企业生产效率的有效途径。
本位以c6140普通车床的数控改造为例，探索了普通车床数控化改造的一般方法，改造后的车床，可手动、机动操作，操作简单，使用方便，价格低廉，其性能价格比适中；而且还能解决复杂零件的加工精度控制问题，节约大量工装费用，减轻工人的劳动强度，提高工人素质。
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